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1、第六章,土的抗剪强度,6.1 概述 6.2 土的抗剪强度理论6.3 土的抗剪强度测定试验6.4 饱和粘性土的抗剪强度6.5 无粘性土的抗剪强度,本章主要内容：,土工结构物或地基,土,渗透问题变形问题强度问题,渗透特性变形特性强度特性,6.1 概述,1.碎散性：强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间相互作用主要是抗剪强度与剪切破坏，颗粒间粘聚力与摩擦力；2.三相体系：三相承受与传递荷载有效应力原理；3.自然变异性：土的强度的结构性与复杂性。,一、土的抗剪强度,二、土的强度特点：,基坑支护,1.挡土结构物的破坏,三、工程中土体的破坏类型,挡土墙,平移滑动,2.各种类型的滑坡,崩塌,旋转滑动,流滑,
2、地基,p,3.地基的破坏,土压力边坡稳定地基承载力,挡土结构物破坏各种类型的滑坡地基的破坏,一、直剪试验和库仑公式二、土的强度机理三、摩尔-库仑强度理论,6.2 土的抗剪强度理论,本节主要内容：,一、直剪试验和库仑公式,直剪试验库仑（1776）,施加（=P/A）量测（=T/A）,上盒,A,试验原理,c 粘聚力 内摩擦角,库仑公式：,f：土的抗剪强度tg：摩擦强度-正比于压力c：粘聚强度-与所受压力无关,强度指标,二、土的强度的机理,1.摩擦强度 tg,（1）滑动摩擦,（2）咬合摩擦引起的剪胀,（3）颗粒的破碎与重排列,密度（e,粒径级配（Cu,Cc）颗粒的矿物成分：对于：砂土粘性土；高岭石伊里
3、石蒙特石粒径的形状（颗粒的棱角与长宽比）在其他条件相同时：对于砂土，颗粒的棱角提高了内摩擦角 对于碎石土，颗粒的棱角可能降低其内摩擦角,影响土的摩擦强度的主要因素：,粘聚强度机理,粘聚强度影响因素,2.凝聚强度,静电引力（库仑力）范德华力颗粒间胶结假粘聚力（毛细力等）,地质历史粘土颗粒矿物成分密度离子价与离子浓度,三、摩尔-库仑强度理论,1.库仑公式2.应力状态与摩尔圆3.极限平衡应力状态4.摩尔-库仑强度理论5.破坏判断方法6.滑裂面的位置,c 粘聚力 内摩擦角,f：土的抗剪强度tg：摩擦强度-正比于压力c：粘聚强度-与所受压力无关,1.库仑公式,c,无粘性土,粘性土,抗剪强度曲线,砂土：,
4、粘性土：,库仑（Coulomb）公式,c:土的粘聚力:土的内摩擦角,莫尔库仑强度理论,（1）在一定的应力范围内，可以用线性函数近似f=c+tg（2）某土单元的任一个平面上=f，该单元就达到了极限平衡应力状态,2、土中一点的应力状态,3.应力莫尔圆,圆心：,半径：,莫尔圆：代表一个土单元的应力状态；圆周上一点代表一个面上的两个应力与,不同状态时的摩尔圆,4.极限平衡应力状态,极限平衡应力状态：有一面上的应力状态达到=f土的强度包线：所有达到极限平衡状态的莫尔园的公切线。,f,f,与破坏包线相交：有一些平面上的应力超过强度；不可能发生。,强度包线以内：任何一个面上的一对应力与 都没有达到破坏包线，
5、不破坏；,与破坏包线相切：有一个面上的应力达到破坏；,莫尔-库仑强度理论表达式极限平衡条件,11f 破坏状态,5.破坏判断方法,3=常数：,判别对象：土体微小单元（一点）,根据应力状态计算出大小主应力1、3，由3计算1f，比较1与1f,33f 弹性平衡状态3=3f 极限平衡状态33f 破坏状态,1=常数：,根据应力状态计算出大小主应力1、3，由1计算3f，比较3与3f,安全状态=极限平衡状态 不可能状态,O,c,(1+3)/2=常数：圆心保持不变,根据应力状态计算出大小主应力13，由1、3计算，与比较,6.滑裂面的位置,与大主应力面夹角：=45+/2,图中虚线所指位置为滑裂面,一、室内试验二、
6、野外试验,6.3 抗剪强度测定试验,直剪试验、三轴试验等 制样（重塑土）或现场取样 缺点：扰动 优点：应力条件清楚，易重复,十字板扭剪试验、旁压试验等 原位试验 缺点：应力条件不易掌握 优点：原状土的原位强度,A,一、室内试验,1.直剪试验,通过控制剪切速率来近似模拟排水条件,3.快剪 施加正应力后立即剪切3-5分钟内剪切破坏,1.固结慢剪：施加正应力-充分固结慢慢施加剪应力-小于0.02mm/分，以保证无超静孔压,2.固结快剪施加正应力-充分固结在3-5分钟内剪切破坏,设备简单，操作方便 结果便于整理 测试时间短,试样应力状态复杂 应变不均匀 不能控制排水条件 剪切面固定,优点,缺点,直接剪
7、切试验,土的剪切试验方法,抗剪强度曲线,压力室,压力水,排水管,阀门,轴向加压杆,有机玻璃罩,橡皮膜,透水石,顶帽,2.三轴试验,（1）试样应力特点与试验方法（2）强度包线（3）试验类型（4）优缺点,应变控制式三轴仪：压力室，加压系统，量测系统组成应力控制式三轴仪试验步骤:1.装样2.施加周围压力3.施加竖向压力,三轴剪切试验,方法：首先试样施加静水压力室压（围压）1=2=3；然后通过活塞杆施加的是应力差1=1-3。,（1）试样应力特点与试验方法：,特点：试样是轴对称应力状态。垂直应力z一般是大主应力；径向与切向应力总是相等r=，亦即1=z；2=3=r,1,1-3,1=15%,分别作围压为10
8、0 kPa、200 kPa、300 kPa的三轴试验，得到破坏时相应的（1-)f,绘制三个破坏状态的应力摩尔圆，画出它们的公切线强度包线，得到强度指标 c 与,（2）强度包线,固结排水试验（CD试验）1 打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；2 打开排水阀门，慢慢施加轴向应力差以便充分排水，避免产生超静孔压,固结不排水试验（CU试验）1 打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水,不固结不排水试验（UU试验）1 关闭排水阀门，围压下不固结；2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水
9、,cd、d,ccu、cu,cu、u,（3）试验类型,固结排水试验（CD试验）Consolidated Drained Triaxial test(CD)抗剪强度指标：cd d（c）,固结不排水试验（CU试验）Consolidated Undrained Triaxial test(CU)抗剪强度指标：ccu cu,不固结不排水试验（UU试验）Unconsolidated Undrained Triaxial test(UU)抗剪强度指标：cu u（cuu uu）,试验类型汇总,优点：1 应力状态和应力路径明确；2 排水条件清楚，可控制；3 破坏面不是人为固定的；4 试验单元体试验,缺点：设备相
10、对复杂，现场无法试验,说明：30 即为无侧限抗压强度试验,（4）优点和缺点,二、野外试验,十字板剪切试验,一般适用于测定软粘土的不排水强度指标；,钻孔到指定的土层，插入十字形的探头；,通过施加的扭矩计算土的抗剪强度,时,无侧限抗压强度试验,强度指标：,6.4 饱和粘性土的抗剪强度,粘聚力 c内摩擦角,强度指标的分类：按照分析方法，可分为总应力强度指标与有效应力强度指标；按照试验方法，可分为直剪强度指标与三轴试验强度指标；按照应力应变状态，可分为峰值强度指标与残余强度指标。,一.总应力指标与有效应力指标二.三轴试验强度指标三.土的强度指标的工程应用,本节主要内容：,一、总应力指标与有效应力指标,
11、1.两种强度指标的比较,2.有效应力、总应力强度包线,1.两种强度指标的比较,土的抗剪强度的有效应力指标c,=c+tg=-u,符合土的破坏机理，但有时孔隙水压力u无法确定,土的抗剪强度的总应力指标c,=c+tg,便于应用,但u不能产生抗剪强度，不符合强度机理,强度指标,抗剪强度,简单评价,二、饱和粘性土的抗剪强度,1、不固结不排水抗剪强度,2、固结不排水抗剪强度,3、固结排水抗剪强度,凡是可以确定（测量、计算）孔隙水压力u的情况，都应当使用有效应力指标c，,有效应力指标与总应力指标,三、土的强度指标的工程应用,砂土：c,三轴排水试验指标与直剪试验指标（直剪试验得到的指标偏大）粘土：有效应力指标：固结排水、固结不排水 总应力指标：三轴固结不排水、不排水;直剪固结快剪、快剪,三轴试验指标与直剪试验指标,饱和松砂在振动情况下孔压急剧升高在瞬间砂土呈液态,时间T,孔压 U,6.5 砂土的振动液化,1.液化现象,饱和松砂的振动液化,P,2.液化机理,振前砂土结构,振中颗粒悬浮，有效应力为零,振后砂土变密实,在饱和砂土中，由于振动引起颗粒的悬浮，超静孔隙水压力急剧升高，直到其孔隙水压力等于总应力时，有效应力为零，砂土的强度丧失，砂土呈液体流动状态，称为液化现象。,3.液化定义,
